2021年及2010年海地大地震是渐进破裂过程中的一部分吗？

2010 年的海地7.0级地震可能加快了 2021 年 8 月 14 日海地7.2级地震的发生。 一些证据显示海地的地震系列正在向西延伸，但海地东部断层的高应力区仍然存在。
 

原文作者：Ross Stein (美国Temblor, Inc., California); Shinji Toda 远田晋次 (日本东北大学); Jian Lin 林间 (中科院南海海洋研究所/南方科技大学/美国伍兹霍尔海洋研究所); Volkan Sevilgen (美国Temblor, Inc., California)
 

中文翻译：郭宗林（中科院南海海洋研究所）；郭来银（南方科技大学）；周志远（中科院南海海洋研究所）
 

英文原文： Stein, R.S., Toda, S., Lin, J., Sevilgen, V., 2021, Are the 2021 and 2010 Haiti earthquakes part of a progressive sequence?, Temblor, http://doi.org/10.32858/temblor.197
 

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2010年1月12日，海地首都太子港29公里外发生了7.0级地震。据海地政府称，该地震造成约30万人死亡，数十万人流离失所。虽然最初认为地震发生在恩里基洛-芭蕉园断层上（Enriquillo-Plantain Garden fault，处于加勒比板块与戈纳夫微板块的边界），但最终调查表明地震发生在莱奥甘（Léogâne Fault）逆冲盲断层上（逆冲盲断层是指因挤压产生的但没有出露地表的断层）。2021年8月14日，就在该断层又发生了7.2级地震，位于2010年地震震中的西侧。据不完全统计，死亡人数已超1,400人，数千人无家可归。加之热带风暴袭击海地，预计这些数字还会继续增加。我们的新分析表明，2010年地震可能使2021年8月14日地震所在断层接近破裂。若干证据表明地震向西渐进，但断层系统的东部仍然存在高应力，即存在较大地震风险。

2010年地震对2021年地震的应力影响

2010年地震发生两周后，我们发表了库仑应力分析结果，预测了未来地震发生的可能性（Lin et al., 2010）。我们发现位于2010年地震破裂区东边和西边的恩里基洛-芭蕉园断层（Mann et al., 2002）上应力显著增加（图1），发生地震概率随之显著增加。2021年7.2级的海地尼普斯（Nippes）地震发生在0.1 bar应力增加区。尽管许多研究认为0.1 bar是触发地震的阈值，但2010年地震破裂两端附近的应力增加要比0.1 bar大5-10倍。Symithe et al. （2013）得到了与之类似且更广泛的结果，印证了我们应力计算的准确性。
 

 

图1中的断层图可能过于简化，因为沿着恩利基约半岛（the Enriquillo peninsula）可能存在两个相邻的断层以及另一个隐伏断层（Calais et al., 2010; Hayes et al, 2010; Prentice et al., 2010; Hashimoto et al., 2012; Douilly et al., 2013）。这里我们将这两个断层视为同一系统。但利用两种断层参数进行的库伦应力计算结果都表明，2010年的地震增加了2021年震中位置的应力。

那么为什么11年后“第二只靴子”才落下？为什么两次地震间存在位置上的间隔（图2中标记为“jump？”处）？在我们的计算中，应力变化对地震活动的影响随着时间的推移而减弱，余震率也是如此。虽然地震瞬时触发更加常见，但较长时间的滞后触发也仍然可能。2010年和2021年地震之间存在着位置间隔，可能原因有：（1）这一间隔区的断层较坚硬，因此需要更多应力才能破裂，这在断层上表现为弯曲与分段（Saint Fleur et al., 2020）；（2）间隔区之前已经发生过破裂，因此其应力比周围断层小。无论原因如何，我们不能排除该间隔段的断层在不久的将来发生～6.5级余震的可能性。
 

 

2021年地震引起的应力传递

2021年7.2级地震（其能量约为2010年地震的两倍）如何改变附近断层的应力？我们进行了几种不同的计算（图3）。无论采用哪种计算方法，都可以看出2021年的主震导致了其以东和以西的断层明显更接近于破裂（图3a）。图3b同时显示了一个重要信息：曾经在2010年余震中破裂的断层，重新受到了2021年地震的应力增加，因此我们有可能看到2010年余震区的断层再次活化。
 

 

2021年地震的前身是1770年地震

Saint Fleur et al.（2020）在克罗纳德（Clonard, 图2）附近沿着恩里基洛-芭蕉园断层挖掘了一条实验深槽，恰好位于2021年主震的破裂范围内。他们发现了该地区约在1770年发生过地震的证据，时间误差40年。他们认为该地震就是1770年6月3日的7.5级地震。恩里基洛断层在该位置的长期滑动速率约为9毫米/年，两次地震间隔250年，大约累积了2.0-2.5米的潜在滑动量。根据 USGS（2021）有限断层模型，2021年地震的平均滑移量约为1.5米，因此这些推论基本一致：1770年地震释放的应力在2010年左右已经重新积累，而且2010年地震额外增加了少量应力到该区域，进一步促进断层发生断裂。
 

未来12个月的地震概率预测

我们使用2010年与2021年主震传递的应力、震源机制解平滑网格（图3c）和全球地震活动率（GEAR）模型（Bird et al., 2015）（图4b）,对海地研究区明年的发震概率进行预测（图4）。我们假设大地震的影响随时间衰减(Toda和Stein，2020)。尽管强有力的国家地震网络的缺失制约了我们在海地预测地震的能力，但同样的方法用在日本、加利福尼亚和智利的效果良好。

预测模型计算显示（图4a），从半岛西端附近的杰瑞米（Jeremie，人口122,000）一直延伸到东部太子港，在长达200公里的范围内，灾害发生的可能性都增大了。图2标注了太子港以东和2021年8月14日7.2级破裂带附近地区的大量地震。这些地震可能表明，自2010年7.0级地震发生以来，恩里基洛-芭蕉园断层系统发生地震危险性较高。
 

 

地震破裂序列是否向西？

人们可能会推想7级地震序列正在向西推进，在这种情况下，未来任何大地震都会袭击海地南部半岛沿线人口较少的地区。支持这种观点的论据是，2010年和2021年地震的余震区之间相隔约15公里；此外，2010年和2021年地震都主要向西破裂，且其大多数余震也发生于此。

但我们的预测则不同：计算显示断层的东部发生大震的可能性同样很高，而且不幸的是，这些地区人口更多。有人可能会问，自2010年地震以来的11年内东部并没发生大地震，这是否意味着我们可以排除这种可能性。但在过去十年中，2010年破裂以东发生了大约10次地震（图2），因此，我们判断仍有可能发生更大的地震。
 

参考文献

Bird, P., D.D. Jackson, Y.Y. Kagan, C. Kreemer, and R.S. Stein (2015), GEAR1: A global earthquake activity rate model constructed from geodetic strain rates and smoothed seismicity, Bull. Seismol. Soc. Amer., 105, 2538–2554.

Calais, E., A. Freed, G. Mattioli, F. Amelung, S. Jónsson, P. Jansma, S.-H. Hong, T. Dixon, C. Prépetit, and R. Momplaisir (2010), Transpressional rupture of an unmapped fault during the 2010 Haiti earthquake. Nature Geosci., 3, 794-799, doi:10.1038/ngeo992.

Douilly, R., et al. (2013), Crustal structure and fault geometry of the 2010 Haiti earthquake from temporary seismometer deployments, Bull. Seismol. Soc. Am., 103, 2305–2325, doi: 10.1785/0120120303.

Hashimoto, M., Y. Fukushima, and Y. Fukahata (2011), Fan-delta uplift and mountain subsidence during the Haiti 2010 earthquake, Nature Geosci., 4, 255–259, doi:10.1038/ngeo1115.

Hayes, G. P., R. W. Briggs, A. Sladen, E. J. Fielding, C. Prentice, K. Hudnut, P. Mann, F. W. Taylor, A. J. Crone, R. Gold, T. Ito, and M. Simons (2010), Complex rupture during the 12 January 2010 Haiti earthquake, Nature Geosci., 3, 800–805, doi:10.1038/ngeo977.

Lin, J., Stein, R. S., Sevilgen, V., and Toda, S. (2010), USGS-WHOI-DPRI Coulomb stress-transfer model for the January 12, 2010, MW=7.0 Haiti earthquake: U.S. Geological Survey Open-File Report 2010-1019, 7 p.

Mann, P., E. Calais, J.-C. Ruegg, C. DeMets, P. E. Jansma, and G. S. Mattioli (2002), Oblique collision in the northeastern Caribbean from GPS measurements and geological observations, Tectonics, 21, 1057, doi:10.1029/2001TC001304.

Prentice, C. S., P. Mann, A. J. Crone, R. D. Gold, K. W. Hudnut, R. W. Briggs, R. D. Koehler, and P. Jean (2010), Seismic hazard of the Enriquillo Plantain Garden fault in Haiti inferred from palaeoseismology, Nature Geosci., 3, 789-793, doi:10.1038/ngeo991.

Saint Fleur, N., Y. Klinger, N. Feuillet (2020), Detailed map, displacement, paleoseismology, and segmentation of the Enriquillo-Plantain Garden Fault in Haiti, Tectonophysics, 778, 228368.

Symithe, S. J., E. Calais, J. S. Haase, A. M. Freed, and R. Douilly (2013), Coseismic slip distribution of the 2010 M 7.0 Haiti earthquake and resulting stress changes on regional faults, Bull. Seismol. Soc. Am., 103, 2326–2343.

Toda, S., and Stein, R. S. (2020), Long‐ and short‐term stress interaction of the 2019 Ridgecrest sequence and Coulomb‐based earthquake forecasts. Bull. Seismol. Soc. Amer. 110, 1765-1780.

USGS (2021), Finite Fault model for 14 August 2021 M 7.2 Nippes, Haiti, Earthquake
https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us6000f65h/finite-fault